Procedimiento para capturar gases procedentes de la combustión,

que comprende poner en contacto una fase líquida con una corriente gaseosa que contiene dichos gases, donde la fase líquida contiene sales tampón de carbonato-bicarbonato en una relación aproximada de 2:1, con una concentración de carbono inorgánico total menor o igual a 25 g/L y valores de pH comprendidos entre 8 y 12. Posteriormente se recupera la fase líquida enriquecida en CO{sub,2}

Captación de gases en fase líquida.

La presente invención se enmarca dentro de la química, la ingeniería química y del medio ambiente. Se refiere a un proceso de captura de gases en fase líquida, y a la posterior recuperación de esta fase, acoplando el proceso a un sistema biológico.

Estado de la técnica anterior

El aumento de la emisión de gases contaminantes, generados en su mayor parte por procesos de combustión, en especial de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural), puede conllevar al sobrecalentamiento de la superficie terrestre (efecto invernadero). Esto supone un problema económico y medioambiental para los países desarrollados, pero sobretodo para aquellos países en vía de desarrollo, cuyo elevado nivel de emisiones de CO₂ puede suponerles importantes sanciones a nivel internacional, retrasando su incorporación a los países del primer mundo.

La solución se puede abordar bien mediante el desarrollo de nuevas tecnologías menos contaminantes, o bien desarrollando sistemas y procesos capaces de captar esas emisiones gaseosas y, a ser posible, reconvertirlas. El CO₂, que es el principal gas causante del efecto invernadero, se encuentra implicado en el ciclo del carbono, donde el proceso de fotosíntesis actúa como sumidero natural, permitiendo la reconversión del mismo en materia orgánica, y manteniendo los niveles atmosféricos de este gas (0,03% v/v). Sin embargo, este proceso de transformación de carbono inorgánico en orgánico, que ocurre de forma natural, es muy lento.

Para la captura de CO₂, y otros gases como NO_x o SO_x, se han desarrollado numerosos sistemas que se pueden clasificar en sistemas de adsorción física, separación con membranas, destilación criogénica y los de absorción química.

Los procesos de adsorción física emplean materiales capaces de absorber el CO₂, que luego se "desorbe" mediante cambios de T ó P (pressure and temperature swing adsorption, PTSA). Entre los materiales absorbente se encuentran: carbón activo, materiales mesoporosos, zeolitas, alúminas e hidrotalcitas. Los inconvenientes son que necesita un aumento de temperatura en la fase de desorción (50-100ºC), la baja capacidad de adsorción por unidad de volumen de lecho, y que posteriormente o bien se desecha el material o se desorbe, con lo que el CO₂ se reincorpora a la atmósfera.

La selectividad de las membranas a los diferentes gases está relacionada con el material de las que están fabricadas (polímeros, metales, materiales cerámicos). La separación se mejora con corrientes a altas presiones. La ventaja de utilizar membranas radica en la mejora del área de transferencia de materia y eliminar los problemas asociados con el contacto gas-liquido. En esta aplicación la membrana no realiza la operación de separación sino que se hace con etanolaminas. Para evitar la destrucción o deterioro de la membrana ésta debe construirse en Politetrafluoroetileno (PTFE). El uso de esta tecnología reduce el costo de instalación y operación del proceso en un 30-40%, independientemente de las mejoras que puedan introducirse en el empleo de las etanolaminas (Herzog H., Falk-Pedersen O., 2000, The Kvaerner membrane contactor: lessons from a case study in how to reduce capture costs. Fifth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, Cairns Australia: 121-5). Presentan como inconveniente que todavía no se han utilizado a la escala y condiciones, en términos de disponibilidad y coste, que se necesita para los sistemas de captura de CO₂ (y la fase de recuperación de CO₂).

La destilación criogénica transcurre mediante una serie de etapas de compresión, enfriamiento y expansión, tras las cuales los componentes del gas se pueden separar en una columna de destilación. Esta tecnología se utiliza sobre todo para separar las impurezas de una corriente de CO₂ de alta pureza. El inconveniente es que todavía no se ha utilizado a la escala y condiciones, en términos de disponibilidad y coste, que se necesita para los sistemas de captura de CO₂ en grandes focos emisores.

La mayoría de los procesos de absorción química están basados en carbonato de potasio o en alcanolaminas. La monoetanol amina (MEA) y la dietanolamina (DEA) son álcalis más fuertes que el carbonato de potasio, por lo que reduce en mayor grado el contenido de los gases ácidos. La capacidad de de absorción es también mayor para las alcanolaminas. Se suelen utilizar aditivos para incrementar la capacidad de absorción de las soluciones de K₂CO₃, y presentan la desventaja de una menor eficacia de depuración de los gases.

En la tabla 1 se expone un resumen de los distintos procesos de absorción química:

Los principales inconvenientes de los procesos de captura de CO₂ en fase líquida con etanolaminas son que se necesita mucha energía térmica para regenerar la solución de MEA o DEA debido a su afinidad por los ácidos. También ocurre que las aminas pueden dar lugar a reacciones químicas no deseadas (especialmente la metanol amina con COS y CS₂), formándose productos que degradan la solución e incrementan la corrosión.

Así pues, el método más extendido actualmente es la absorción en fase acuosa enriquecida en etanolaminas. Se trata de una absorción con reacción química que permite alcanzar eficiencias de captura de CO₂ muy superiores a las alcanzadas por absorción física, sin reacción química, en los que solo se pueden alcanzar concentraciones iguales a la solubilidad del CO₂ en el medio considerado (10^-5 molCO₂/L, 0.5 mgCO₂/L). Sin embargo, presenta serios inconvenientes medioambientales, puesto que es tóxico o nocivo, y no pueden regenerarse con facilidad. El proceso consiste en hacer pasar la corriente de gas a depurar por una torre de absorción regada con disoluciones de etanolaminas de forma que el CO₂ reacciona con dichas etanolaminas y queda retenido en la disolución. La disolución con el dióxido de carbono retenido se hace pasar posteriormente por otra torre, en este caso de desorción, donde mediante el suministro de calor se desorbe el CO₂, que puede ser comprimido o gestionado ya como compuesto independiente. Se regenera así la disolución de etanolaminas que se recircula a la columna de absorción. Pese a los problemas de corrosión y contaminación expuestos anteriormente, este proceso ha sido aplicado a la captura del CO₂ contenido en los gases de combustión, existen métodos comerciales basados en esta tecnología para la captura del CO₂ contenido en los gases de combustión, y actualmente son la única alternativa tecnológica disponible (Herzog H., 2001, What future for carbón capture and sequestration? Environmental Science Technology, 35(7): 148A-53A).

Para mejorar la eficacia de los procesos basados en etanolaminas se han propuesto modificaciones mediante el empleo de otros absorbentes (dietanolaminas, mezclas de etanolaminas, aditivos, KS-1, etc.) que mejoran la capacidad de absorción de la fase líquida, y el empleo de columnas de relleno estructurado que mejoran la capacidad de transferencia reduciendo los consumos de potencia y el tamaño de los equipos (Yagi Y., Mimura T., lijima M., Yoshiyama R., Kamijo T., Yonekawa T., 2004, Improvements of carbon dioxide capture technology from flue gas. GHGT, International Conference on Greenhouse Gas Control Technology, Tokio, 2003.). A pesar de estas mejoras, el consumo de energía del proceso es superior a los 3.3 MJ/kgCO₂ frente a los 4-5 MJ/kg CO₂ de los procesos no optimizados (Gambini M. y Vellini M., 2000, CO₂ emission abatement from fossil fuel power plants by exhaust gas treatment. Proceedings of 2000 International Joint Power Generation Conference Miami Beach, Florida, July 23-26, 2000).

El proceso alternativo más utilizado es el empleo de soluciones concentradas de carbonato, principalmente de potasio, que en una primera etapa absorben el CO₂ por reacción química, para posteriormente ser regenerados mediante aporte de calor, liberándose el CO₂ en forma de corriente pura gaseosa. Este proceso se denomina comercialmente proceso Benfield. La solubilidad y reacción del CO₂ en disoluciones concentradas de carbonato potásico ha sido ampliamente estudiada (Benson, H.E., Field, J.H., Jimeson, R.M., 1954. CO₂ absorption...

1. Procedimiento para capturar gases procedentes de la combustión, que comprende:

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, donde la concentración de carbono inorgánico tiene unos valores comprendidos entre 2 y 12 g/L.

3. Procedimiento según la primera reivindicación, donde la concentración de carbono inorgánico tiene unos valores comprendidos entre 3 y 6 g/L.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el pH tiene unos valores comprendidos entre 9 y 11.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el paso b) se lleva a cabo introduciendo la fase líquida, enriquecida en gases, en un fotobiorreactor.

6. Procedimiento según la reivindicación anterior, donde el fotobiorreactor es de tipo plano.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, donde el organismo fotosintético del fotobiorreactor es una cianobacteria o un alga verde.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde el organismo fotosintético es una cianobacteria.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los gases contaminantes proceden de la combustión de combustibles fósiles.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde los gases contaminantes proceden de centrales de generación de energía eléctrica.